PCB技术高速设计中的特性阻抗问题
高速PCB设计中的阻抗控制
高速数字电路PCB设计中的阻抗控制（转载）随着半导体工艺的飞速发展，IC器件集成度和工作时钟频率不断提高。
以往在一块比较复杂的PCB上的高速网线只有几根或几十根，现在则是在一块PCB上只有几根或几十根网线不是高速信号线；以往认为数字电路设计只要把握逻辑正确，物理连线似乎只要连接上就能使电路正常工作；而现在越来越多的电子产品设计体现出高速、高性能、高密度和高复杂度的特点，尤其在通讯、计算机、航空航天以及图象处理等领域。
系统的主频越来越高，更加严重的挑战来自半导体工艺技术的进步，日渐精细的工艺技术使得晶体管尺寸越来越小，因而器件的信号跳变沿也就越来越快，从而导致更加严重的高速数字电路系统设计领域的信号完整性问题：传输线效应(反射、时延、振铃、及信号的过冲与欠冲)、信号问串扰等。
为此，电子系统设计师必须从传统的设计方法向现代的电子系统设计方法转变，这既是形势需要，也是发展的必然趋势。
1 高速数字电路概念1．1 什么是高速数字电路PCB上的高速电路设计，主要是以器件和连接器件的印制线为主要分析对象的。
以往在器件的时钟频率不是很高、时钟的上升或下降沿变化不是很陡的情形下，可以用集总参数的形式来表示印制线，而当器件的时钟频率变得很高时(比如：超过50MHz)，时钟的上升或下降沿很小时(一般地在1ns～5ns之间)，这时就不能将印制线用集总参数来表示，必须引入分布参数来表示印制线特性，这就是传输线的概念(图1)。
关于传输线的分析是高速PCB 设计当中最基本也是最核心的部分，下面简要介绍传输线的定义和高速电路设计相关的一些概念。
国际上通常对PCB上的传输线没有确切的具体定义，现在被大家普遍接受的约定如下：即当信号从驱动端到接收端的印制线上的延时大于等于上升或下降沿的l/ 时(即Tpd≥0.5Trist(Tfdl))。
这时就必须将此印制线当成传输线来分析，更为保守一点的定义是信号在走线上传播延时或。
1.2 PGB的板层材料和板层结构图2所示是一个标准6层PCB的断面层结构示意图，其它多层PCB的层设置与此相似。
特征阻抗那点事
特征阻抗那点事关键词：特征阻抗 PCB 电缆传输线的特征阻抗，又称为特性阻抗，是我们在进行高速电路设计的时候经常会提到的一个概念。
但是很多人对这个概念并不理解，有时还会错误的理解为直流阻抗。
弄明白这个概念对我们更好的进行高速电路设计很有必要。
高速电路的很多设计规则都和特征阻抗有关。
要理解特征阻抗的概念，我们先要弄清楚什么是传输线。
简单的说，传输线就是能够传输信号的连接线。
电源线，视频线，USB连接线，PCB板上的走线，都可以称为传输线。
如果传输线上传输的信号是低频信号，假设是1KHz，那么信号的波长就是300公里(假设信号速度为光速)，即使传输线的长度有1米长，相对于信号来说还是很短的，对信号来说传输线可以看成短路，传输线对信号的影响是很小的。
但是对于高速信号来说，假设信号频率提高到300MHz，信号波长就减小到1米，这时候1米的传输线和信号的波长已经完全可以比较，在传输线上就会存在波动效应，在传输线上的不同点上的电压电流就会不同。
在这种情况下，我们就不能忽略传输线对信号造成的影响。
传输线相对信号来说就是一段长线，我们要用长线传输里的理论来解决问题。
特征阻抗就属于长线传输中的一个概念。
信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。
同时信号也存在一定的电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们提到的传输线的特征阻抗。
这里一定要区分一个概念，就是特征阻抗是对于交流信号(或者说高频信号)来说的，对于直流信号，传输线有一个直流阻抗，这个值可能会远小于传输线的特征阻抗。
一旦传输线的特性确定了(线宽，与参考平面的距离等特性)，那么传输线的特征阻抗就确定了.此处省略一万字的公式推导过程，直接给出PCB走线的特征阻抗计算公式：其中L是单位长度传输线的固有电感，C是单位长度传输线的固有电容。
高速数字电路PCB设计中的阻抗控制
环测威官网：/阻抗控制技术在高速数字电路设计中非常重要，其中必须采用有效的方法来确保高速PCB 的优异性能。
PCB上高速电路传输线的阻抗计算及阻抗控制•传输线上的等效模型图1显示了传输线对PCB的等效影响，这是一种包括串联和多电容，电阻和电感（RLGC 模型）的结构。
串联电阻的典型值在0.25至0.55欧姆/英尺的范围内，并且多个电阻器的电阻值通常保持相当高。
随着PCB传输线中增加的寄生电阻，电容和电感，传输线上的总阻抗被称为特征阻抗（Z 0）。
在线直径大，线接近电源/接地或介电常数高的条件下，特征阻抗值相对较小。
图3示出了具有长度dz的传输线的等效模型，基于该模型，传输线的特征阻抗可以推导为公式：。
在这个公式中，L“传感线”是指传输线上每个单位长度的电感，而C是指传输线上每个单位长度的电容。
环测威官网：/在上面的公式中，Z 0表示阻抗（欧姆），W表示线的宽度（英寸），T表示线的粗细（英寸），H表示到地面的距离（英寸），是指衬底的相对介电常数，t PD是指延迟时间（ps / inch）。
•传输线的阻抗控制布局规则基于上述分析，阻抗和信号的单位延迟与信号频率无关，但与电路板结构，电路板材料的相对介电常数和布线的物理属性有关。
这一结论对于理解高速PCB和高速PCB设计非常重要。
而且，外层信号传输线的传输速度比内层传输速度快得多，因此关键线布局的排列必须考虑这些因素。
阻抗控制是实现信号传输的重要前提。
但是，根据传输线的电路板结构和阻抗计算公式，阻抗仅取决于PCB材料和PCB层结构，同一线路的线宽和布线特性不变。
因此，线路的阻抗在PCB的不同层上不会改变，这在高速电路设计中是不允许的。
本文设计了一种高密度高速PCB，板上大多数信号都有阻抗要求。
例如，CPCI信号线的阻抗应为650欧姆，差分信号为100欧姆，其他信号均为50欧姆。
根据PCB布线空间，必须使用至少十层布线，并确定16层PCB设计方案。
由于电路板的整体厚度不能超过2mm，因此在堆叠方面存在一些困难，需要考虑以下问题：1）。
pcb阻抗设计要求
PCB（Printed Circuit Board）阻抗设计是在设计PCB时考虑电路中信号传输的特性，以确保信号完整性和性能稳定。
阻抗匹配是为了避免信号在传输过程中发生反射、衰减或串扰。
以下是在进行PCB 阻抗设计时的一些建议和要求：1. 信号完整性：阻抗设计的主要目标是确保信号在传输过程中保持完整性，避免信号失真、反射和干扰。
良好的阻抗匹配有助于维持信号的稳定性。
2. 标准阻抗值：使用标准的阻抗值，如50欧姆或75欧姆，以便与常见的信号传输线和接口标准匹配。
这有助于简化设计，并使PCB与其他设备更好地兼容。
3. 差分对阻抗匹配：对于差分信号传输线，确保差分对之间的阻抗匹配。
这对于高速差分信号的传输非常重要，以防止串扰和失真。
4. 信号层阻抗控制：在PCB的不同信号层之间和信号层内，保持一致的阻抗。
这有助于避免信号通过不同层时引起的阻抗变化。
5. 匹配传输线阻抗：选择和匹配PCB上的传输线阻抗，例如微带线、同轴电缆等。
确保这些线的阻抗与设计要求一致。
6. 差分对距离：对于高速差分信号，控制差分对之间的距离，以减小串扰和确保信号匹配。
7. 避免尖峰信号：尽量避免出现尖峰信号，因为这可能导致信号反射。
采用合适的电源和信号滤波可以减小尖峰信号的产生。
8. 考虑环境因素：在阻抗设计中考虑环境因素，例如温度变化、湿度等，以确保PCB 在不同条件下仍能维持稳定的阻抗特性。
9. 使用仿真工具：使用PCB设计仿真工具，如HFSS、SIwave等，进行阻抗匹配仿真，以优化设计并确保其满足要求。
10. 测试和验证：进行PCB生产后的阻抗测试，以验证实际制造的PCB是否符合设计要求。
综合考虑以上因素，可以确保PCB阻抗设计满足性能需求，有助于提高信号传输的质量和可靠性。
特性阻抗之原理与应用
特性阻抗之原理與應用Characteristic Impedance一、前題1、導線中所傳導者為直流（D.C.）時，所受到的阻力稱為電阻（Resistance），代表符號為R，數值單位為“歐姆”（ohm,Ω）。
其與電壓電流相關的歐姆定律公式為：R=V/I；另與線長及截面積有關的公式為：R=ρL/A。
2、導線中所傳導者為交流（A.C.）時，所遭遇的阻力稱為阻抗（Impedance），符號為Z，單位仍為Ω。
其與電阻、感抗及容抗等相關的公式為：Z =√R2 +(XL—Xc)23、電路板業界中，一般脫口而出的“阻抗控制”嚴格來說并不正确，專業性的說法應為“特性阻抗控制”（Characteristic Impedance Control）才對。
因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”并不是電流，而是針對方波訊號或脈沖在能量上的傳導。
此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”，代表的符號是Zo。
計算公式為：Zo = √L/C ，（式中L為電感值，C為電容值），不過Zo的單位仍為歐姆。
只因“特性”的原文共有五個章節，加上三個單字一并唸出時拗口繞舌十分費力。
為簡化起見才把“特性”一字暫時省掉。
故知俗稱的“阻抗控制”，實際上根本不是針對交流電“阻抗”所進行的“控制”。
且即使要簡化掉“特性”也應說成Controlled Impedance，或阻抗匹配才不致太過外行。
圖1 PCB元件間以訊號（Signal）互傳，板面傳輸線中所遭遇的阻力稱為“特性阻抗”二、需做特性阻抗控制的板類電路板發展40年以來已成為電機、電子、家電、通信（含有線及無線）等硬體必備的重要元件。
若純就終端產品之工作頻率，及必須阻抗匹配的觀點來分類時，所用到的電路板約可粗分為兩大類：1、高速邏輯類：早期資訊工業（Information Technology Industry）在作業速度還不是很快時，電路板只是一種方便零件組裝與導通互連（Interconnection ）的載板或基地而已。
什么是特性阻抗？影响特性阻抗的因素有哪些？
什么是特性阻抗？影响特性阻抗的因素有哪些？
阻抗为区别直流电(DC)的电阻，把交流电所遇到的阻力称为阻抗(Z0)，包括电阻(R)、感抗(XC)和容抗(XL)。
1特性阻抗
又称“特征阻抗”。
在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流I，而如果信号的输出电平为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为
V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z0。
特性阻抗受介电常数、介质厚度、线宽等因素影响。
是指在某一频率下，传输信号线中(也就是我们制作的线路板的铜线)，相对某一参考层(也就是常说的屏蔽层、影射层或参考层)，其高频信号或电磁波在传播过程中所受的阻力称之为特性阻抗，它实际上是电阻抗、电感抗、电容抗等一个矢量总和。
2控制PCB特性阻抗的意义。
pcb制作过程中阻抗的调整方法
pcb制作过程中阻抗的调整方法在PCB制作过程中，阻抗的调整是非常重要的一步。
阻抗是指电路中电流和电压之间的比值，是电路中的重要参数之一。
如果阻抗调整不好，就会导致信号的失真和干扰，从而影响电路的性能。
那么，在PCB制作过程中，如何进行阻抗的调整呢？下面我们来详细介绍一下。
一、了解阻抗的基本概念在进行阻抗调整之前，首先需要了解阻抗的基本概念和特性。
阻抗是指电路中电流和电压之间的比值，通常用欧姆（Ω）表示。
在PCB设计中，阻抗主要分为传输线阻抗和全局阻抗两种。
传输线阻抗是指在高速信号传输线上的阻抗，通常是50Ω或75Ω。
全局阻抗是指PCB的整体阻抗，主要是指电源、地面和信号层之间的阻抗匹配。
二、确定阻抗规格在进行阻抗调整之前，需要先确定阻抗规格。
这需要根据电路板的设计要求和信号传输的速度来确定。
一般来说，高速信号需要更严格的阻抗控制，而低速信号则可以放宽要求。
在确定阻抗规格时，需要考虑以下几个方面：1. PCB板材的介电常数和厚度；2. 信号层的线宽和线距；3. 信号层之间的层间距离；4. 电路板的尺寸和形状。
根据以上要素计算出所需的阻抗，然后设定合适的阻抗规格。
三、调整阻抗在确定阻抗规格后，就可以进行阻抗调整了。
阻抗调整的方法主要有以下几种：1. 改变PCB板材的厚度和介电常数，以达到所需要的阻抗值；2. 改变信号层的线宽和线距，以调整阻抗值；3. 增加或减少地面层的铜箔，以达到所需要的阻抗值；4. 在信号线的两侧增加贴片电容，以降低阻抗；5. 在信号线和地面层之间加入分布式电容，以降低阻抗。
需要注意的是，以上方法并不是每种情况都适用。
在具体操作时，需要根据具体情况进行选择和调整。
四、验证阻抗在进行阻抗调整后，需要进行阻抗验证。
验证阻抗的方法主要有两种：1. 使用阻抗测试仪进行测试，以检查阻抗是否符合设计要求；2. 在实际测试中，通过观察信号波形和频谱图等方法来验证阻抗。
需要注意的是，阻抗的验证需要在PCB制作过程中的不同阶段进行，以确保阻抗的准确性和稳定性。
PCB设计之阻抗控制的走线细节举例
PCB设计之阻抗控制的走线细节举例1.走线的宽度和间距：走线的宽度和间距会直接影响走线的阻抗。
通常情况下，走线的宽度越宽，阻抗越低。
为了控制阻抗，可以在设计软件中使用特定的规则来指定走线的宽度和间距。
例如，对于常见的50欧姆的阻抗控制要求，可以将规则设置为适当的走线宽度和间距。
2.层数的选择：在高速信号传输中，层数的选择也会影响阻抗。
较高的层数可提供更多的走线空间，有助于降低阻抗。
因此，为了阻抗控制，可以选择适当的层数。
在多层PCB设计中，内层走线的间距和宽度也需要综合考虑，以保持阻抗的一致性。
3.地平面的设计：在PCB设计中，地平面的设计是控制阻抗的关键。
地平面应尽可能地平整，并且与走线保持一定的距离。
这样可以减少地平面与走线之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。
为了实现这一点，可以在地平面上设置一些小孔，用于连接不同地层，从而提高地层的连贯性。
4.走线的形状和拐角：走线的形状和拐角也会影响阻抗。
通常情况下，直线和圆弧形的走线对阻抗控制较好，而直角拐弯较差。
在需要进行90度拐角的情况下，可以使用斜角拐弯来减小阻抗的变化。
此外，走线的形状和转角也会对电磁兼容性（EMC）产生影响，在设计时需要综合考虑。
5.信号层和电源/地层的分离：为了阻抗控制，信号层和电源/地层应尽可能地分离。
这样可以减少信号层与电源/地层之间的互电容和互电感，从而提高阻抗的一致性。
在多层PCB设计中，可以选择在信号层之间插入电源/地层，建立一个电源平面或地平面来提供均匀的分布。
6.终端匹配：终端匹配是一种常用的阻抗控制技术。
通过在信号线的起始和终止位置添加合适的电阻、电容等元件，可以达到匹配信号线的阻抗。
例如，可以在信号线的终止位置添加电阻，以匹配信号线和负载之间的阻抗。
终端匹配可以在设计中通过网络分析软件来实现。
综上所述，PCB设计中的走线细节对于阻抗控制至关重要。
通过选择适当的走线宽度和间距、层数、设计合理的地平面、走线的形状和拐角以及合理的终端匹配，可以实现阻抗的一致性，提高信号传输的质量和稳定性。
PCB设计中阻抗的详细计算方法
PCB设计中阻抗的详细计算方法PCB设计中阻抗的计算方法是确保信号在电路板上以准确的速度传输的关键因素之一、阻抗是指在电路中流动的电流和电压之间的电学特性。
在高速信号传输和电磁干扰抑制方面，了解和控制阻抗是至关重要的。
下面将详细阐述PCB设计中阻抗的计算方法。
1.计算常规传输线的阻抗常规传输线，如微带线和同轴电缆，是PCB设计中常见的传输媒介。
它们的阻抗可以通过以下公式进行计算：a.微带线：Zo = [(εr+1)/2] * [ln(5.98 * h / w + 1.74 * h / t)] / [(1.41 * (w / h) + 1)]其中，Zo是阻抗，εr是介电常数，h是微带线的高度，w是微带线的宽度，t是覆铜层的厚度。
b.同轴电缆：Zo = (60 / sqrt(εr)) * ln(D/d)其中，Zo是阻抗，εr是介电常数，D是同轴电缆的外径，d是同轴电缆的内径。
2.计算不对称传输线的阻抗对于不对称传输线，如差分信号线，其阻抗计算稍微复杂。
通常使用以下两个公式来估算：a.对于差分微带线：Zo = [Zodd * Zeven] ^ 0.5其中，Zo是阻抗，Zodd是奇模阻抗，Zeven是偶模阻抗。
奇模阻抗和偶模阻抗可以使用微带线的常规阻抗公式进行计算。
b.对于差分同轴电缆：Zo = 60 * [ln(4h / d) - 1] / sqrt(εr)其中，Zo是阻抗，h是同轴电缆的内外导体间的间隙，d是同轴电缆的导体直径。
3.使用PCB设计工具进行阻抗计算现代PCB设计工具通常具有内置的阻抗计算功能，可以自动计算并显示不同传输线的阻抗。
使用这些工具，设计师只需输入电路板的几何参数和材料参数，即可获得准确的阻抗值。
一些常用的PCB设计工具包括Altium Designer、EAGLE和PADS等。
值得注意的是，上述方法仅适用于理想条件下的计算。
实际PCB设计中，考虑到误差和尺寸容差等因素，可能需要进行迭代和调整以满足特定的设计要求。
PCB的阻抗控制要点
^谈PCB的阻抗控制随着电路设计日趋复杂和高速，如何保证各种信号（特别是高速信号）完整性，也就是保证信号质量，成为难题。
此时，需要借助传输线理论进行分析，控制信号线的特征阻抗匹配成为关键，不严格的阻抗控制，将引发相当大的信号反射和信号失真，导致设计失败。
常见的信号，如PCI总线、PCI-E总线、USB、以太网、DDR内存、LVDS信号等，均需要进行阻抗控制。
阻抗控制最终需要通过PCB设计实现，对PCB板工艺也提出更高要求，经过与PCB 厂的沟通，并结合EDA软件的使用，我对这个问题有了一些粗浅的认识，愿和大家分享。
多层板的结构：为了很好地对PCB进行阻抗控制，首先要了解PCB的结构：通常我们所说的多层板是由芯板和半固化片互相层叠压合而成的，芯板是一种硬质的、有特定厚度的、两面包铜的板材，是构成印制板的基础材料。
而半固化片构成所谓的浸润层，起到粘合芯板的作用，虽然也有一定的初始厚度，但是在压制过程中其厚度会发生一些变化。
通常多层板最外面的两个介质层都是浸润层，在这两层的外面使用单独的铜箔层作为外层铜箔。
外层铜箔和内层铜箔的原始厚度规格，一般有0.5OZ、1OZ、2OZ（1OZ约为35um 或1.4mil）三种，但经过一系列表面处理后，外层铜箔的最终厚度一般会增加将近1OZ左右。
内层铜箔即为芯板两面的包铜，其最终厚度与原始厚度相差很小，但由于蚀刻的原因，一般会减少几个um。
多层板的最外层是阻焊层，就是我们常说的“绿油”，当然它也可以是黄色或者其它颜色。
阻焊层的厚度一般不太容易准确确定，在表面无铜箔的区域比有铜箔的区域要稍厚一些，但因为缺少了铜箔的厚度，所以铜箔还是显得更突出，当我们用手指触摸印制板表面时就能感觉到。
当制作某一特定厚度的印制板时，一方面要求合理地选择各种材料的参数，另一方面，半固化片最终成型厚度也会比初始厚度小一些。
下面是一个典型的6层板叠层结构：0.615.24Mm 3KPCB的参数：不同的印制板厂，PCB的参数会有细微的差异，通过与上海嘉捷通电路板厂技术支持的沟通，得到该厂的一些参数数据：表层铜箔：可以使用的表层铜箔材料厚度有三种：12um、18um和35um。
PCB设计中的特性阻抗
PCB设计中的特性阻抗特性阻抗(Characteristic Impedance)是指在传输线上的单位长度内，信号通过该传输线所呈现的阻抗特性。
在PCB设计中，特性阻抗是一个非常重要的参数，它直接影响信号的传输质量和系统的性能。
在本文中，我们将详细介绍特性阻抗的相关内容。
首先，我们来介绍一下特性阻抗的定义。
特性阻抗是指在传输线上电压和电流之间的比例关系，以欧姆(Ω)为单位表示。
在理想的传输线上，特性阻抗应是一个恒定值，不随频率和长度的变化而改变。
然而，在实际情况下，特性阻抗并非完全恒定，它会受到PCB板材的介电常数、导线结构等因素的影响而发生变化。
特性阻抗的计算可以通过以下公式进行：Z0 = sqrt(L/C)其中，L表示单位长度的电感，C表示单位长度的电容。
这个公式告诉我们，特性阻抗与电感和电容成反比关系，即特性阻抗越大，电感和电容越小。
特性阻抗的影响因素非常多，下面我们来一一介绍：1.PCB板材的介电常数：PCB板材的介电常数决定了传输线的速度，进而影响特性阻抗。
一般情况下，介电常数越大，特性阻抗越小。
2.传输线的宽度：传输线的宽度对特性阻抗有直接的影响。
传输线宽度越大，特性阻抗也越大。
3.传输线的距离：传输线的距离指的是导线之间的间距。
间距越小，特性阻抗也越小。
4.导线的高度：导线的高度是指导线之间的距离。
高度越大，特性阻抗越大。
5.使用的PCB板材：不同的PCB板材具有不同的介电常数和导电性能，会影响特性阻抗。
特性阻抗在PCB设计中非常重要，它可以影响信号的传输速度、纹波和功耗。
如果特性阻抗不匹配，会导致信号的反射和干扰，降低信号质量。
为了保证传输线的信号完整性，设计师需要正确计算特性阻抗，并采取相应的措施来控制特性阻抗的误差。
以下是一些常用的控制特性阻抗误差的方法：1.PCB板材的选择：选择具有稳定介电常数的高质量PCB板材，以减小特性阻抗的变化。
2.传输线的宽度控制：准确计算和控制传输线的宽度，以保证特性阻抗的准确性。
影响PCB特性阻抗的因素及解决方案
环测威官网：/为了兼顾小型化，数字化，高频和多功能等开发要求，PCB（印刷电路板）上的金属线作为电子设备中的互连器件，不仅决定了电流的开放，而且还起到了作用。
信号传输线。
换句话说，在负责传输高频信号和高速数字信号的PCB上实施的电气测试必须一方面确认电路的开启，关闭和快捷方式。
另一方面，还应该确定特征阻抗绝不会超出调节范围。
一句话，电路板永远不会达到要求的一致性，除非满足两个要求。
PCB提供的电路性能必须确保在信号传输过程中不会发生反射; 信号保持整合; 通过实现阻抗匹配来降低传输损耗。
因此，传输信号可以整体，可靠和精确地实现，而没有干扰或噪声。
本文重点介绍具有微带结构的多层板的特性阻抗控制。
表面微带和特性阻抗表面微带具有高特性阻抗，已广泛应用于PCB制造中。
信号平面设置为外层控制阻抗和用于分离信号平面及其相邻基准平面的绝缘材料，这可以在下图中清楚地看到。
特性阻抗可以通过公式计算出来：。
其中Z 0指特征阻抗; ε- [R到绝缘材料的介电常数; h为迹线与基准面之间的绝缘材料厚度; w到痕迹的宽度; t指的是痕迹的厚度。
下图清楚地说明了每个参数的含义。
环测威官网：/基于上面显示的公式，可以得出结论，影响特征阻抗的元素包括：a。
绝缘材料（介电常数ε- [R）;湾绝缘材料的厚度（h）;C。
迹线宽度（w）;d。
痕迹厚度（t）。
可以进一步得出结论，特征阻抗与衬底材料（CCL材料）密切相关。
因此，必须在衬底材料选择中考虑很多因素。
介电常数及其影响当频率低于1MHz时，材料制造商测量材料的介电常数。
由于树脂含量不同，当由不同的制造商生产时，即使相同类型的材料也可能彼此不同。
以环氧玻璃布为例。
环氧玻璃布的介电常数与频率之间的关系可归纳为下图。
显然，介电常数随着频率的提高而下降。
因此，绝缘材料的介电常数应根据材料的工作频率确定，平均值能够满足一般要求。
随着介电常数的增加，信号的传输速度将降低，因此如果要求高信号传输速度，则必须降低介电常数。
PCB的阻抗设计
PCB的阻抗设计PCB(印刷电路板)的阻抗设计是指在电路板设计过程中，对于信号传输线的特性阻抗进行设计和控制，以确保电路板上的信号传输质量和稳定性。
阻抗匹配是一种基本的电路设计要求，特别是在高频和高速电路中更为重要。
本文将详细介绍PCB的阻抗设计。
PCB的阻抗设计的基本原理是通过控制信号传输线的几何尺寸和材料特性来实现。
在PCB设计中，常见的传输线类型包括微带线和同轴线。
微带线是在电路板表面上的一条带状导线，而同轴线是一种环绕在中心导体周围的导体层。
这两种传输线类型都可以用于高速信号传输和阻抗匹配。
首先，对于微带线的阻抗设计，几何尺寸是关键要素。
微带线的宽度、高度和介电常数决定了其阻抗值。
通常，通过调整微带线的宽度来控制阻抗值。
在设计过程中，可以使用一些计算工具，如阻抗计算器或PCB设计软件，来帮助确定所需的微带线宽度以实现所需的阻抗值。
此外，选择合适的基底材料也是必要的。
常用的基底材料有FR-4、RO4003C等，它们具有不同的介电常数和损耗因子，需要根据设计要求选择合适的材料。
其次，对于同轴线的阻抗设计，几何尺寸同样也是关键因素。
同轴线的内外导体尺寸和基底材料的介电常数是决定其阻抗值的主要因素。
与微带线不同的是，同轴线的阻抗设计更为复杂，需要考虑内外导体的尺寸比例以及基底材料的选择。
同样地，可以使用专门的工具和软件来计算和设计所需的同轴线阻抗。
除了几何尺寸和材料选择，PCB的阻抗设计还需要考虑布线规则和布局，以减少信号传输线之间的相互干扰和串扰。
对于高速和高频电路，常见的设计方法包括差分信号布线和层间叠加。
差分信号布线可以减少信号线之间的干扰，并提高抗干扰能力。
层间叠加则可以通过在信号和地线之间添加信号平面，降低信号线之间的串扰。
最后，阻抗设计还需要考虑信号的传输距离和数据速率。
对于高速信号传输和长距离传输，需要更精确地控制阻抗匹配。
此时，可以采用一些特殊的技术，如阻抗匹配微调器和电缆补偿器，以进一步优化阻抗匹配。
PCB设计中的特性阻抗
PCB设计中的特性阻抗特性阻抗（Characteristic Impedance）是指传输线上电流和电压之间的比率，表示传输线上电流和电压之间的关系。
在PCB设计中，特性阻抗是十分重要的参数，它直接影响信号传输的性能和可靠性。
本文将详细介绍特性阻抗的概念、计算方法和影响因素。
一、特性阻抗的概念特性阻抗是指传输线上单位长度内阻抗的数值，单位为欧姆（Ω）。
它决定了传输线上电流和电压的比率，即电压波形和电流波形的传输特性。
特性阻抗可以看作是一种参数，表示了传输线在单位长度内能够传输电信号的能力。
特性阻抗可以通过传输线的物理特性和几何参数来确定，主要包括导体厚度、介质相对介电常数、导体间距、信号层到地层的间距等因素。
特性阻抗与线宽、线间距和介质常数、几何形状等有关。
二、特性阻抗的计算方法特性阻抗的计算方法有多种，常用的有理论计算方法和仿真/实测方法。
1.理论计算方法理论计算方法包括微带线计算、同轴线计算和矩形波导计算方法。
其中微带线计算方法是最常用的一种计算特性阻抗的方法，它适用于堆叠结构、分层结构和印制电路板等实际应用。
微带线的特性阻抗可以通过以下公式计算：Z0 = (138 / sqr t(εr + 1.41)) * (ln(5.98H / (0.8W + T)) + 1)其中，Z0为特性阻抗，εr为介质相对介电常数，H为介质厚度，W为导体宽度，T为导体厚度。
2.仿真/实测方法仿真/实测方法是通过使用电磁仿真软件或实验测量等手段来计算特性阻抗。
这种方法更加准确，能够考虑更多的因素，例如边缘效应和电磁耦合。
借助电磁仿真软件，可以通过建立PCB布局和层堆叠的模型来模拟电磁波在传输线上的传播过程，从而得到特性阻抗。
在仿真过程中，需要设置准确的物理材料参数和几何参数，并考虑信号源、负载、阻抗匹配、电磁兼容性等因素。
3.实测方法实测方法是通过使用高频测试器件，例如网络分析仪，来测量特性阻抗。
这种方法可以直接测量PCB上的传输线特性，直观可靠，但需要相应的测试设备和测试技术。
印制电路板(PCB)的阻抗控制介绍
印制电路板(PCB)的阻抗控制介绍一：特性阻抗原理：传输线的定义，在国际标准IPC-2141 3.4.4说明其原则“当 信号在导线中传输时，若该导线长度大到信号波长的1/7，则该导线应被视做传输线。
如当某电磁波信号以时钟频率为900MHZ （GSM手机传输频率）在导线中传播时，则如果线路的长度大于：1/7波长=1C/7F=4.76CM 时，该线路就被定义为传输线。
众所周知，直流电路中电流传输时遇到的阻力叫电阻，交流电路中电流遇到的阻力叫阻抗而高频（》400MHZ ）电路中传输信号所遇到的阻力叫特性阻抗，在高频情况下，印制板上的传输信号铜导线可以被视为由一串等效电阻及一并连电感所组合而成的传导线路，而此等效电阻在高频分析时小到可以忽略不记，因此我们在对一个印制板的信号传输进行高频分析时，则只需考虑杂散分布之串联电感及并联电容的效应，我们可以得到以下公式；Z0=R+√L/C √≈√L/C （ Z0为特性阻抗值）关于特性阻抗，有以下几原则：1、 在数字信号在板子上传输时，印制板线路的特性阻抗值必须与头尾元件的电子阻抗匹配，如果不匹配的话，所传送的信号能量将出现反射，散失，衰减，或延误，等现象，从而产生杂信，2、 由于电子元件的电子阻抗越高时，其传输速率才越快，因而电路板的特性阻抗值也要随之提高，才能与之匹配，3、射频通信用的PCB ，除强调 Z0外，有时更加强调板材本身具有低的 Er （介质常数）值及低的Df （介质损耗因子）值。
高频信号在介质中的传输速度为C/ Er,可知：Er 越小，传输速度越快，这也是为何高频要用低介质常数的高频材料。
Df 影响着信号在介质传输过程中的失真，Df 越小，失真越小。
二：特性阻抗的常见形式和计算方法：在线路板的设计中，传输信号最常见的有4种单线布线和2种差分布线方式方式：以上四种单线传输信号布线方式的阻抗计算公式见下；（差分略）1、 微带线：Z 。
=87ln 「5.98H/（0.8W+T ）」Er+1.412、 埋入式微带线Z 。
PCB特性阻抗控制精度探讨
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维普资讯
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探析高速PCB设计中不同频率电路的阻抗匹配及途径
探析高速PCB设计中不同频率电路的阻抗匹配及途径摘要：在能量传输过程中，最常见是阻抗匹配。
进行数据传输的线路阻抗需要在数值上与负载阻抗基本一致，由此在传输过程中阻止反射作用的发生，此时主要由负载吸收产生的一切能量。
否则，预示着能量在传输中发生了损失。
高速PCB 设计工作中，信号的质量好坏直接与阻抗匹配相关。
本文以高速 PCB 设计中存在的阻抗匹配问题为研究对象，通过分析高速 PCB 阻抗的产生原理，分别介绍了高频电路、低频电路中阻抗匹配的原则，论述了阻抗匹配常采用的串联或者并联电阻的手段。
最后，以具体实例分析了高频电路中阻抗匹配时选用串联或者并联匹配需要注意的适用原则，即串联匹配要靠近源端，而并联匹配则需要靠近负载。
关键词：高速PCB；阻抗匹配；频率一、阻抗匹配产生首先，选择直流电压源中负载方面的内容。
任意电压器件内部都会存在内阻因素，所以在实际工作中常把电压源看作为一个理想的电压源串联一个电阻r的组合样式。
电压源的负载电阻定为R，电动势定义为U，电源的内阻定义为r，在此基础上就可以运算获得电阻R上通过的电流值，即I=U/（R+r）。
当电源的负载电阻R值变小时，其输出电流变大。
负载R上的电压可以表示为UO=IR=U[1+（R/ r）]。
可以得出，如果负载电阻R变大，那么其输出电压值UO就会变高。
那么，电阻R上消耗的功率为：对于已经给定的信号源，其内阻r是固定的，其负载电阻R可以根据需要自行选择。
（R-r）（R-r）/R中，如果R=r，（R-r）（R-r）/R能够获得最小值0，此时负载电阻R获得的最大输出功率为Pmax=UU/（4r）。
换句话说，在数值上，如果负载电阻和信号源内阻基本一致，那么在此负载上可以得到最大的输出功率。
上述结论在低频电路与高频电路中一样可以应用。
二、不同频率电路中的阻抗匹配2.1低频电路中的阻抗匹配处于低频电路时，通常不会对传输线互相匹配问题考虑过多，一般只权衡负载和信号源间的实际情况。
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PCB技术高速设计中的特性阻抗问题在高速设计中，可控阻抗板和线路的特性阻抗问题困扰着许多中国工程师。
本文通过简单而且直观的方法介绍了特性阻抗的基本性质、计算和测量方法。
Eric Bogatin
独立顾问
Bogatin公司
在高速设计中，可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重要和最普遍的问题之一。
首先了解一下传输线的定义：传输线由两个具有一定长度的导体组成，一个导体用来发送信号，另一个用来接收信号（切记“回路”取代“地”的概念）。
在一个多层板中，每一条线路都是传输线的组成部分，邻近的参考平面可作为第二条线路或回路。
一条线路成为“性能良好”传输线的关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。
线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗满足一个规定值，通常在25欧姆和70欧姆之间。
在多层线路板中，传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线路中保持恒定。
但是，究竟什么是特性阻抗？理解特性阻抗最简单的方法是
看信号在传输中碰到了什么。
当沿着一条具有同样横截面传输线移动时，这类似图1所示的微波传输。
假定把1伏特的电压阶梯波加到这条传输线中，如把1伏特的电池连接到传输线的前端（它位于发送线路和回路之间），一旦连接，这个电压波信号沿着该线以光速传播，它的速度通常约为6英寸/纳秒。
当然，这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差，它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。
图2是该电压信号的传输示意图。
Zen的方法是先“产生信号”，然后沿着这条传输线以6英寸/纳秒的速度传播。
第一个0.01纳秒前进了0.06英寸，这时发送线路有多余的正电荷，而回路有多余的负电荷，正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1伏电压差，而这两个导体又组成了一个电容器。
在下一个0.01纳秒中，又要将一段0.06英寸传输线的电压从0调整到1伏特，这必须加一些正电荷到发送线路，而加一些负电荷到接收线路。
每移动0.06英寸，必须把更多的正电荷加到发送线路，而把更多的负电荷加到回路。
每隔0.01纳秒，必须对传输线路的另外一段进行充电，然后信号开始沿着这一段传播。
电荷来自传输线前端的电池，当沿着这条线移动时，就给传输线的连续部分充电，因而在发送线路和回路之间形成了1伏特
的电压差。
每前进0.01纳秒，就从电池中获得一些电荷（±Q），恒定的时间间隔（±t）内从电池中流出的恒定电量（±Q）就是一种恒定电流。
流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等，而且正好在信号波的前端，交流电流通过上、下线路组成的电容，结束整个循环过程。
过程如图3所示。
线路的阻抗
对电池来说，当信号沿着传输线传播，并且每隔0.01纳秒对连续0.06英寸传输线段进行充电。
从电源获得恒定的电流时，传输线看起来像一个阻抗器，并且它的阻抗值恒定，这可称为传输线路的“浪涌”阻抗（surge impedance）。
同样地，当信号沿着线路传播时，在下一步之前，0.01纳秒之内，哪一种电流能把这一步的电压提高到1伏特？这就涉及到瞬时阻抗的概念。
从电池的角度看时，如果信号以一种稳定的速度沿着传输线传播，并且传输线具有相同的横截面，那么在0.01纳秒中每前进一步需要相同的电荷量，以产生相同的信号电压。
当沿着这条线前进时，会产生同样的瞬时阻抗，这被视为传输线的一种特性，被称为特性阻抗。
如果信号在传递过程的每一步的特性阻抗相同，那么该传输线可认为是可控阻抗传输线。
瞬时阻抗或特性阻抗，对信号传递质量而言非常重要。
在传递过程中，如果下一步的阻抗和上一步的阻抗相等，工作可顺利进行，但若阻抗发生变化，那会出现一些问题。
为了达到最佳信号质量，内部连接的设计目标是在信号传递过程中尽量保持阻抗稳定，首先必须保持传输线特性阻抗的稳定，因此，可控阻抗板的生产变得越来越重要。
另外，其它的方法如余线长度最短化、末端去除和整线使用，也用来保持信号传递中瞬时阻抗的稳定。
特性阻抗的计算
简单的特性阻抗模型：Z=V/I，Z代表信号传递过程中每一步的阻抗，V代表信号进入传输线时的电压，I代表电流。
I=±Q/±t，Q代表电量，t代表每一步的时间。
电量（来源于电池）：±Q=±C×V，C代表电容，V代表电压。
电容可以用传输线单位长度容量CL和信号传递速度v来推导。
单位引脚的长度值当作速度，再乘以每步所需时间t，则得到公式：±C=CL×v×（±）t.综合以上各项，我们可以得出特
性阻抗：Z=V/I=V/（±Q/±t）=V/（±C×V/±t）=V/（CL×v ×（±）t×V/±t）=1/（CL×v）
可以看出，特性阻抗跟传输线单位长度容量和信号传递速度有关。
为了区别特性阻抗和实际阻抗Z，我们在Z后面加上0.传输线特性阻抗为：Z0=1/（CL×v）
如果传输线单位长度容量和信号传递速度保持不变，那么传输线特性阻抗也保持不变。
这个简单的说明能将电容常识和新发现的特性阻抗理论联系在一起。
如果增加传输线单位长度容量，例如加粗传输线，可降低传输线特性阻抗。
特性阻抗的测量
当电池和传输线连接时（假如当时阻抗为50欧姆），将欧姆表连接在3英尺长的RG58光缆上，这时如何测无穷阻抗呢？任何传输线的阻抗都和时间有关。
如果你在比光缆反射更短的时间里测量光缆的阻抗，你测量到的是“浪涌”阻抗，或特性阻抗。
但是如果等待足够长的时间直到能量反射回来并接收后，经测量可发现阻抗有变化。
一般来说，阻抗值上下反弹后会达到一个稳定的极限值。
对于3英尺长的光缆，必须在3纳秒内完成阻抗的测量。
TDR（时间域反射仪）能做到这一点，它可以测量传输线的动态阻抗。
如果在1秒钟内测量3英尺光缆的阻抗，信号会来回反射数百万次，因此会得到不同的“浪涌”阻抗。
本文作者Eric Bogatin在麻省理工学院获得物理学学士学位，在亚利桑那州立大学获得物理学硕士和博士学位。
他曾在AT&T公司、贝尔实验室和太阳微系统等著名公司工作过。
现任Bogatin公司独立顾问，专门从事信号完整性及互连设计的培训工作。